雙位擺動(dòng)噴射過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、雙位擺動(dòng)霧化技術(shù)特別適于成形較大的沉積坯錠，是噴射成形技術(shù)中新近發(fā)展起來(lái)的最先進(jìn)、最實(shí)用的霧化技術(shù)。但其控制參數(shù)繁多，作用規(guī)律仍不十分明確，影響該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和噴射成形技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有必要對(duì)此進(jìn)行深入研究。為了減少實(shí)驗(yàn)工作量，本文采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法系統(tǒng)研究雙位擺動(dòng)霧化噴射成形過(guò)程。分析了各工藝參數(shù)對(duì)形狀、溫度變化及分布、應(yīng)力分布的作用機(jī)制。
　　分析建立了雙位擺動(dòng)霧化條件時(shí)霧化錐內(nèi)部射流密度的數(shù)學(xué)方程，并利用該方程建立

2、沉積坯形狀模擬預(yù)測(cè)模型。利用該形狀模型模擬預(yù)測(cè)了不同工藝參數(shù)的沉積坯形貌，分析了各工藝參數(shù)的作用規(guī)律。與單噴嘴非擺動(dòng)噴射過(guò)程相比，雙位擺動(dòng)霧化工藝沉積坯直徑尺寸可以更大，形狀更為規(guī)則和圓整；偏心距差是主要影響沉積坯頂部形狀，偏心距差過(guò)小時(shí)，沉積坯頂部容易出現(xiàn)凹坑，過(guò)大時(shí)，易出現(xiàn)尖頂；沉積盤移動(dòng)速度影響沉積坯的直徑，移動(dòng)速度越小，得到的沉積坯直徑將越大；擺動(dòng)角度變化主要影響的是沉積坯上部的邊緣圓角大小，外層霧化器擺動(dòng)角度增加時(shí)，沉積坯的上

3、部邊緣圓角增大；內(nèi)層霧化器擺動(dòng)角度增大有利于提高形狀控制的穩(wěn)定性，所以可以適當(dāng)放大內(nèi)層霧化器擺動(dòng)角。
　　建立了沉積坯形狀和凝固傳熱的耦合模型。利用雙位擺動(dòng)噴射過(guò)程形狀溫度耦合模型預(yù)測(cè)了不同噴射成形工藝條件下沉積坯的溫度分布，并分析了噴射成形工藝對(duì)沉積坯溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。偏心距差主要影響的是高溫區(qū)的范圍。偏心距差較小時(shí)坯錠的高溫范圍寬，即高溫的V型區(qū)域大；抽拉速度主要影響的是溫度分布的均勻性。當(dāng)坯錠移動(dòng)速度較小時(shí)，得到坯錠的溫度分

4、布比較均勻，高溫區(qū)的面積很大，但溫度偏低；擺動(dòng)角度主要影響的是高溫區(qū)的面積大小。擺動(dòng)角度大，半固態(tài)高溫V字型區(qū)域面積較??；噴射角度主要影響的是沉積坯的溫度高低。噴射角度較小的溫度略低，其高溫V字型半固態(tài)區(qū)域底部較窄，說(shuō)明其散熱好，這與其表面不平整，增加表面積有關(guān)。
　　將形狀溫度耦合模型計(jì)算得到的噴射結(jié)束時(shí)的坯錠溫度分布數(shù)據(jù)傳入ANSYS軟件內(nèi)，進(jìn)行冷卻凝固過(guò)程的應(yīng)力變化計(jì)算，近似建立工藝參數(shù)對(duì)坯錠應(yīng)力變化和分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系，較真實(shí)

5、反映內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)?？傮w來(lái)言，沉積坯應(yīng)力主要集中在底部，此處應(yīng)力為拉應(yīng)力，應(yīng)力值較大。其他區(qū)域應(yīng)力數(shù)值較小且分布較均勻。在強(qiáng)冷條件下，沉積坯中心位置徑向存在壓應(yīng)力、軸線方向上存在拉應(yīng)力，有生成水平方向的裂紋趨勢(shì)；當(dāng)沉積坯高度增加時(shí)，側(cè)表面產(chǎn)生拉應(yīng)力趨勢(shì)增加，可能產(chǎn)生橫向裂紋。自然冷卻下，沉積坯軸向上的拉應(yīng)力集中區(qū)面積更大，幾乎快到底沉積坯頂部。而在沉積坯生長(zhǎng)過(guò)渡區(qū)表面部位的壓應(yīng)力集中區(qū)減小。由此可以推測(cè)出，自然冷卻條件下沉積坯在較高